基于单片机的嵌入式USB主机系统的实现

2．1 系统程序流程

系统主程序的流程：首先对系统各部分功能模块进行初始化，接着根据具体需要完成相应的功能（例如采集数据等等），之后查询是否有U盘插入，插入之后即可根据具体需要完成相应的文件操作。本设计的应用系统的程序流程图如图2所示。

对于本课题脱离PC机的U盘对拷技术的研究与设计，其具体流程为：首先初始化系统各功能模块，等待源U盘的插入，源U盘插入之后读取指定文件，并将数据暂存在外部RAM中并提示可以拔下源U盘，接着就等待目的U盘的插入，插入之后将外部RAM中的文件数据写到指定的文件中（可以新建文件，也可以将当前系统时间作为当前文件的修改时间等等），第一轮循环结束，继续以下的循环。其流程图如图3所示。

2．2 协议的选择

USB协议从1.0版本至今，已经发展到2.0版本。在最新的2.0版本中，USB系统开发商已经意识到USB的发展瓶颈在于无法脱离PC机，而对 USB主机进行嵌入又因其协议的纷繁复杂而显得困难重重电感器生产。因此，系统开发商推出了OTG版本协议，其目的就在于实现USB在嵌入式领域中的应用，这与本系统设计的出发点不谋而合。按照USB2.0的补充版本OTG 1.0规定，符合USB OTG协议的设备可以完全脱离PC机而独立运行，即它本身即可作主机，也可以作外设，也可以与另一个符合OTG规范的共模电感设备进行互连[2]。

当然，OTG解决方案并非尽善尽美，在很多场合并不要求系统即可作主机也可作从机，应用OTG方案显得有点多余；其次，由于OTG是新兴技术，在其健壮性上还有待验证。最后，开发符合OTG协议的设备在当前价格还比较昂贵，因此，若想将USB设备（存储设备）应用于嵌入式系统中，本文中提出的主机解决方案不失为一种很好的选择。

2．3 软件层次划分

从嵌入式USB主机的软件层次划分来看，系统软件主要包括主控制器驱动程序、USB核心驱动程序，以及用户软件；从功能划分来看，系统软件可分为以下几个部分：

1.主CPU与各系统模块的初始化程序设计

实现主CPU及各系统模块的初始化，包括实现I2C接口的LED显示、键盘、时钟芯片以及主CPU与USB主机控制芯片之间的数据通信功能。

2.USB主机系统软件的实现

主要完成核心驱动程序的功能，具体来说就是实现USB的4种基本数据的传输方式，实现USB设备的枚举过程，并获取USB设备的描述符等。这些功能都可以通过读写主控制器寄存器来塑封电感器完成。因此，系统中只需分别定义一个读寄存器函数和写寄存器函数，然后以此函数为基础来构成各功能子函数，实现数据传输、设备枚举以及获取描电感式接近传感器述符等各种操作。

3.Mass Storage类协议的程序设计

实现Mass Storage设备类中Bulk-Only传输协议和Mass Storage类中UFI子类的各种请求命令，对设备进行各种访问和读写操作。

4.应用程序设计

主要实现FAT文件系统。可根据FAT文件系统的基本体系，通过Mass Storage类协议中的UFI子类命令和标准的设备请求命令与设备的Flash闪存建立连接关系，并在USB主机系统中建立磁盘的空间结构，定义 MBR， DBR的数据结构，建立FAT表，FDT表，实现对文件系统进行读取等操作功能即可。

系统的软件设计即可按照上述的4个功能模块来依次构建。

3结束语

本设计建立了基于单片机的嵌入式USB主机系统，该系统实现了USB协议中的Mass Storage类协议和精简的FAT文件系统，能够对U盘中的文件数据进行读写，完成相应的文件操作等各种功能。结果表明：利用该嵌入式USB主机系统对具体U盘中的文件进行读操作时，平均速度为60～80KB/S，对之进行写操作时，平均速度为40～50KB/S。该系统真正实现了便携式，摆脱了PC机对USB设备的控制，无需PC主机即可对USB设备进行读写操作，具有广阔的应用前景。程序主要采用C语言编写，因此它可以很方便地移植到其它处理器中。

本文创新之处：目前，市场上脱离PC对U盘操作的单纯产品很少，而且有些此功能的产品都有一定的应用背景。本设计开发了U盘对拷器，留有扩展口，可作U盘对拷器用，也可在此基础上作二次开发。

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